肉的烹调嫩化机理研究进展

崔莹莹，李想，杨铭铎*

(1.哈尔滨商业大学 旅游烹饪学院，哈尔滨 150076；2.四川旅游学院，成都 610010； 3.哈尔滨商业大学中式快餐研究发展中心博士后科研基地，哈尔滨 150076)

肉制品在中国的膳食结构中扮演着不可或缺的角色。随着肉制品销量的不断增加，餐饮消费者们越来越关注其品质，其中食用品质直接决定肉制品商业价值的高低，而嫩度是食用品质中最重要的因素[1]。烹调处理是最常用的肉品致熟方法，一方面起到改善肉品适口性、增加风味和杀菌的作用；另一方面不恰当的烹调处理会对肉品的嫩度产生消极的影响，使得肉质变硬、嫩度下降，从而影响肉品的食用价值[2]。因此，如何实现肉品在烹调加工过程中既安全又能最大化地提高肉品的嫩度成为烹饪行业面对的首要问题，且具有重要的前景。

肉类的嫩度(硬度)按其组成可分为基础硬度和肌动球蛋白硬度。基础硬度主要取决于结缔组织的结构和状态，而肌动球蛋白硬度则取决于肌纤维的结构和状态[3]。以往，研究学者们主要从结缔组织的角度来探究肉类加热过程中的嫩度变化，且不同的学者存在不同的见解。此前有学者提出肌原纤维结构的弱化及破坏会直接影响肉的嫩度，因此认为嫩度还与肌动球蛋白的裂解状况有关，然而目前国内外对烹调加工过程中影响肌动球蛋白解离的研究多集中于肉类宰后僵直期的品质变化，对于肉类在烹调加工过程中肌原纤维蛋白对嫩度的影响研究较少。且对于肉类嫩度的机制上还存在一定的分歧，主要表现在二者影响比重及先后方面。基于这一观点，本文将从烹调与肌动球蛋白解离的关系及结缔组织含量、结构等方面进行综述，以期为肉类产业的标准化与工业化做铺垫。

1 肌原纤维及结缔组织与肉类嫩度的关系

肌肉主要是由肌纤维和结缔组织组成(见图1)。肌纤维中含有60%～70%的肌原纤维。肌原纤维的主要成分是粗丝(肌球蛋白)和细丝(肌动蛋白)，见图2[4,5]，粗丝又叫“肌球蛋白丝”，细丝又叫“肌动蛋白丝”[6]。结缔组织主要由胶原蛋白组成，结缔组织的存在形式是3种膜结构，分别是肌外膜、肌束膜和肌内膜[7]。因此肌原纤维和结缔组织对于肉的质构具有较大的影响。

图1 肌原纤维结构示意图Fig.1 The schematic diagram of myofibril structure

图2 肌原纤维结构示意图Fig.2 The schematic diagram of myofibril structure

1.1 肌原纤维与嫩度的关系

目前，学者们普遍认为肌原纤维紧密结构的改变是引起肉类嫩度变化的主要原因，即与肌动蛋白的解离状态有关。Takahashi[8]在研究兔肉僵直过程中肌动蛋白与肌球蛋白变化的实验中得出，兔肉在僵直期只能提取到少量的肌动蛋白和肌球蛋白；而在成熟后肌动蛋白及肌球蛋白的提取量显著增加。Koohmaraie[9]推测肉类在成熟过程中肌球蛋白及肌动蛋白连接结构的改变直接影响其嫩度的改变，且连接结构越弱，肉类越嫩。Okitani等[10]在加热处理对肉类嫩度影响的实验中得出，适当的加热处理可以致嫩，且嫩度较好时，有大量的肌动蛋白及肌球蛋白被提取出来。Wang等的研究也发现，肌动球蛋白的裂解程度与肉类嫩度有直接的关系。李胜杰等[11]得出动物宰杀后的僵直期，有大量的肌动蛋白和肌球蛋白结合生成肌动球蛋白，且肌动蛋白与肌球蛋白的结合状态逐渐加强，使得肉类嫩度下降。

有研究也发现，动物宰后肌动蛋白与肌球蛋白会相互结合形成肌动球蛋白，致使肌肉收缩、肌节变短、嫩度降低；在成熟的过程中，肌动蛋白与肌球蛋白之间的结合会逐渐减弱，从而使肉类的嫩度得以改善。因此，有学者推测肉类中的肌动蛋白与肌球蛋白存在两种不同的结合状态：一种是高结合状态，另一种是低结合状态[12]。综合国内外的研究结果可以得出，肌动球蛋白的解离对嫩度有着直接的影响，故在烹饪加工过程中可以通过促进肌动球蛋白的解离进而控制肉类的嫩度。此外，肌钙蛋白、原肌球蛋白、伴肌动蛋白等也是组成完整肌原纤维骨架蛋白的一部分[13]。因此，肌钙蛋白、原肌球蛋白、伴肌动蛋白等蛋白的结构状态也会直接影响到肌球蛋白和肌动蛋白的结合，进而影响肉类的嫩度。

1.2 结缔组织与嫩度的关系

结缔组织起着支撑肌肉组织的作用，因而对肉类嫩度影响较大[14]。结缔组织主要是通过胶原蛋白组成的膜结构(肌外膜、肌束膜、肌内膜)影响肉的质地。胶原蛋白是一种富含羟脯氨酸、甘氨酸、脯氨酸等氨基酸的蛋白质，其中羟脯氨酸是胶原蛋白中含量相对较稳定的一种蛋白质，因此羟脯氨酸含量的多少也代表着胶原蛋白含量的多少[15]。谌启亮等[16]得出牛背肉的剪切力值随着羟脯氨酸含量的增多而变大，且得出剪切力与脯氨酸含量的相关系数为0.835，通过建立回归方程得出R2为0.947，说明此回归方程的拟合度较好，可用脯氨酸含量说明牛肉剪切力的大小。孙红霞等[17]研究得出肉类嫩度改变的主要原因是肌原纤维蛋白和胶原蛋白的变性程度所决定的。李晓波等[18]研究得出，肌肉的剪切值随着总胶原蛋白、可溶性胶原蛋白含量的增多而变大，而随着胶原蛋白溶解度的升高而减小，因此可以利用胶原蛋白的含量来对肉类进行嫩度分级。

Strandine等[19]根据肌束膜的组织状态将不同的牛肉进行了分类，并得出了肌束膜与嫩度之间具有良好的相关性。汤晓艳等[20]通过总结结缔组织结构状态与肉类嫩度的关系得出，不同的品种、年龄以及部位的肉，嫩度存在显著不同，且测量的结缔组织、胶原蛋白溶解度以及胶原蛋白共价交联程度也不同。总结可知，结缔组织的组织状态和含量对于肉的嫩度具有较大的影响。

2 烹饪方式对肉类嫩度影响的研究进展

2.1 加热处理对肉类嫩度的影响

肉类嫩度是由许多条件构成的，包括宰前条件(禽畜的品种、年龄、性别、部位、营养状况等[21-24])、宰后条件(吊挂处理、冷却处理、添加剂、高压、烹调方法、烹调温度、时间等)。以上影响条件主要是通过改变肌纤维的结构状态(肌动球蛋白裂解状态、肌纤维直径、肌节长度、肌纤维小片化指数、保水性等)、结缔组织结构状态(胶原蛋白含量及溶解性、热变性情况、肌束膜薄厚程度等)以及肌肉脂肪等条件来影响嫩度的。

2.1.1 热处理方式对肌原纤维的影响

烹饪加热处理是肉制品嫩度改善的一种常见方法，热处理主要是使肉中的蛋白质变性，进而破坏肌原纤维的结构[25]。不同的加热温度和加热时间通常对肉类嫩度的影响有所不同。Okitani A等通过研究加热处理对鸡肉、猪肉、乌贼等肉类嫩度的影响，研究发现，当加热温度为60 ℃或65 ℃时，肉类中的肌动球蛋白均有裂解的情况发生，且检测到肌动蛋白的含量增加，但当温度加热到80 ℃后，并未检测到肌动蛋白有裂解的情况产生，由此推断此时的加热温度过高致使肌动球蛋白变性，或此温度条件下的肌动球蛋白先裂解，随即解离出来的肌球蛋白、肌动蛋白发生变性。Obuz E等[26]也得出了相同的结论。

董晗等[27]通过研究发现40 ℃条件下的肌动球蛋白几乎没有解离情况，当温度达到50 ℃时，加热时间越长，肌动蛋白的含量越多；当温度为60 ℃时，随着加热时间的延长，肌动蛋白的含量几乎不变；当温度为70 ℃时，随着加热时间的延长，肌动蛋白的含量逐渐消失，而温度达到80，90，97 ℃时，检测不到肌动蛋白的存在，分析原因可能是高温致使肌动球蛋白发生变性。李超等[28]研究得出加热的中心温度对鸭肉嫩度有显著的影响，且此影响是呈阶段性变化的，分别是50 ℃以及60～95 ℃，肌原纤维影响两段温度范围内肉的韧性，结缔组织对第一段有影响，然而当温度达到70 ℃以上，胶原蛋白的溶解又起到致嫩的作用。

王阳[29]探究了不同预处理条件(50 ℃-20 min、60 ℃-10 min、70 ℃-5 min、80 ℃-2 min)对鲍鱼食用品质的影响，结果得出当预处理条件为60 ℃-10 min时鲍鱼的硬度值相对较小，且此时鲍鱼的弹性和嫩度较好。同时可以观测到鲍鱼的肌原纤维结构排列致密、间隙较小、结合水向不易流动水和自由水转化量增加。孙红霞等得出在加热的过程中，牛肉的蒸煮损失与剪切力呈正相关性。当温度为45～55 ℃和75 ℃以上时牛肉的剪切力有所下降，当温度为55～65 ℃时检测到牛肉的肌原纤维小片化指数增加，分析可能是由于肌动球蛋白裂解造成的；经低场核磁测定后发现T21与A21降低，肌节长度变短，牛肉变硬。因此，以上研究皆证明了55～65 ℃是加热的关键因素范围。通过学者们的研究结论可知低温短时的烹饪方法有助于肌动球蛋白的进一步解离，然而高温会导致肌动蛋白变性，因此为了进一步探究高温情况下的嫩化机理，可以通过测量肌浆蛋白的溶出量及总蛋白的溶出量来分析嫩度，也可以辅以扫描电镜观察肉品肌原纤维的组织状态，从而更加全面地分析嫩化的机理。

2.1.2 热处理方式对结缔组织的影响

Zhang Liyan等[30]在烹饪对鸡胸肉热诱导变化的影响中得出，肉的蒸煮损失在55～85 ℃范围内显著增加(p<0.05)。肉的剪切值在65 ℃时降低到最小值，在65～85 ℃剪切力逐渐增加，在85～100 ℃有轻微的增加，在55～65 ℃热溶性胶原含量显著增加，在65～75 ℃盐溶性肌原纤维蛋白的溶解度显著降低。Bi Jingran等[31]在烹饪两段式加热对海参品质影响的实验中得出，大理石条纹与含水量有良好的相关性，而肌原纤维则与蒸煮损失的相关性较差。

常海军等通过研究水煮和微波两种加热处理方式对牛肉嫩度的影响，实验中通过胶原蛋白的角度来分析牛肉嫩度的变化机制。结果表明，60 ℃和65 ℃是加热过程中2个关键的温度点，直接影响着牛肉的质地，60 ℃是牛肉肌束膜与肌内膜的最大热变性温度。肌束膜的颗粒化程度与嫩度显著相关，因此得出不当的加热处理会引起胶原蛋白热变性，对肉的品质及质构特性会产生显著影响。达达拉·买买提在不同加热处理对羊肉嫩度影响的实验中得出，当加热温度逐渐升高时，羊背肉的嫩度逐渐下降，且呈阶段性的变化。加热会使羊肉的肌原纤维蛋白变性收缩，胶原蛋白发生变性溶解致使结缔组织结构发生改变，从而对嫩度产生影响，因此肌肉的嫩度最终应由肌原纤维及结缔组织两种影响因素的净效应来决定。曾勇庆等[32]认为结缔组织中的膜鞘结构可有效地阻止肌肉水分的流失以及汁液的外渗，因此推测肌肉结缔组织越多的肉类，其持水性能就越强，肉的质地越好。Bendall等通过物理和组织化学方法验证了肉类肌纤维以及组成结缔组织的肌束在加热过程中产生的皱缩和抗张力都是具有阶段性的，并推测当温度为58 ℃时肉类产生的微弱皱缩可能是由基底膜胶原蛋白Ⅳ引起的。当温度为 64 ℃时，肌束膜胶原蛋白Ⅰ型和Ⅲ型同样发生了收缩，由于此收缩程度较大，致使肌肉抗张力变强，产生汁液流出。总之，加热过程中结缔组织含量和结构会发生一系列的变化，进而对肉的嫩度产生影响。

2.2 其他烹饪方式对肉类嫩度的影响

2.2.1 超高压处理

超高压处理是常用改善肉品嫩度的烹调方法。1973年Macfarlane学者曾提出超高压可有效地改善肉品的嫩度[33]。随着肉类研究的不断深入，有越来越多的学者投身于超高压对肉品嫩度影响的研究中，并将超高压对肉类嫩度的影响总结如下[34]：超高压处理后的肉品中的肌纤维发生了解体，致使肌原纤维小片化指数升高，分析原因主要是肌动球蛋白发生了裂解；超高压处理会增加肉品组织蛋白酶的活性，进而加速了骨架蛋白的降解，从而弱化了肌动蛋白及肌球蛋白的纽带，进而起到致嫩的作用。高海燕等[35]在室温(20 ℃)条件下，采用不同压力(0～500 MPa)和不同时间(0～30 min)对鹅肉进行嫩化处理，得出压力300 MPa、处理时间20 min时，鹅肉的嫩化效果较好。郭宝颜等[36]通过研究不同压力(100，300，500 MPa)以及不同处理时间(15，30，45 min)对罗非鱼肌动球蛋白结构变化的影响。研究发现，随着压力的不断升高以及处理时间的延长，罗非鱼肌动球蛋白的溶解度逐渐降低，且当压力为 500 MPa、处理时间为45 min时最低，为 89.17%，表明超高压会促进蛋白质发生聚集和变性，致使肌动球蛋白的Ca2+-ATPase 活性消失，肌球蛋白产生热变性，疏水基团显露在外，嫩度降低。陆海霞[37]在秘鲁鱿鱼肌原纤维蛋白质凝胶特性的研究实验中得出，当压力超过200 MPa、处理时间多于15 min时，就检测不到MHC 条带，分析可能是超高压使得肌动蛋白和副肌球蛋白发生了一定的交联，从而形成凝胶结构。通过学者们的研究结论可知高压的烹饪处理将会减少肌动球蛋白的解离，主要是由于高压使得肌动球蛋白发生变性，进而使得蛋白质的构象发生改变，疏水基团发生了暴露，使得肉制品的嫩度下降。

2.2.2 盐类的影响

盐是日常生活中不可或缺的调味品，可以维持人体正常的新陈代谢，改善肉品的食用品质。盐的添加可以调节原料的离子强度和pH值，并且会与肉品中的Mg2+和Ca2+以及蛋白质进行络合，使得肉品的蛋白质结构改变，肌动球蛋白产生裂解，肉品变嫩[38]。吴亮亮等[39]在食盐添加量对滩羊肉蒸煮损失、嫩度及水分分布的影响实验中得出，食盐的添加量对羊肉的嫩度和水分含量有显著的影响，随着食盐量的增加，羊肉逐渐变嫩；当添加的食盐量大于2.5%时，嫩度改变不明显。Benjakul等[40]在焦磷酸盐对虾肉肌动球蛋白解离影响的实验中得出，适量的盐类有助于促进肌动球蛋白的解离，孙卫青也得到了相同的结论。高星等[41]在肌动球蛋白磷酸化对其解离影响的实验中得出，磷酸盐的处理有助于降低肌动蛋白与肌球蛋白之间的连接作用，对肌动球蛋白的解离有一定的促进作用。Pires等[42]也得到了相同的结论，MLC的磷酸化会破坏肌动球蛋白的结构，使MHC头部与粗丝分隔，从而对肉的嫩度产生影响。通过以上研究结果可以得出添加相应浓度的盐有助于促进肌动球蛋白的解离，进而促进肉的嫩化，故在烹饪过程中可以通过添加一定浓度的盐来改善肉的嫩度。

3 总结及展望

综上所述，肌动蛋白的解离及胶原蛋白的溶解与肉品的嫩度有直接的关系。因此借鉴肌动球蛋白解离和胶原蛋白溶解的影响因素，烹饪中可通过控制低温短时的烹饪方法，以及在应用高压的设备蒸煮肉制品时，应控制压力的大小及时间，也可以通过添加相应的盐类来改善肉的嫩度。

然而目前对于肌动球蛋白解离及结缔组织变化与嫩化机理的研究还不是很完善，主要集中于二者的影响强弱及影响先后方面，且国内研究相对来说少一些，因此此方向的研究将会为嫩化机理提供一定的理论基础。然而肌动球蛋白以及胶原蛋白是蛋白质的成分，高温将会导致蛋白质变性，因此相应的高温及高压的烹饪方式则不能单从以上两个方面来探究嫩度，应从其他方面继续深入研究，包括骨架蛋白、肌内脂肪以及影响肌肉蛋白的蛋白酶类。这一科研方向将会为今后创建肌动球蛋白裂解及胶原蛋白溶解的调控程序、探究肉类嫩化机理方面提供参考依据。